2012 г Нобелевская премия по медицине за исследования

2012 г Нобелевская премия по медицине за исследования в области стволовых клеток Джон Гердон – основоположник исследований в области переноса ядра и клонирования. Синья Яманака первым в мире получил индуцированные плюрипотентные клетки (iPS), путем перепрограммирования дифференцированных, соматических клеток 1908: термин «стволовая клетка» (Stammzelle) был предложен к широкому использованию русским гистологом Александром Максимовым (1874—1928). Он описал и доказал методами своего времени гемопоэтические стволовые клетки, именно для них был введён термин.

Стволовые клетки свойства: Самообновление, то есть способность сохранять неизменный фенотип после деления (без дифференцировки). Потентность (дифференцирующий потенциал), или способность давать потомство в виде специализированных типов клеток. Стволовы́е кле́тки — недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся во всех многоклеточных организмах. Стволовые клетки способны самообновляться, образуя новые стволовые клетки, делиться посредством митоза и дифференцироваться в специализированные клетки, то есть превращаться в клетки различных органов и тканей.

Откуда они берутся? кино Один из способов получения ЭСК (эмбриональных стволовых клеток) млекопитающих. (4) — выделение и культивирование клеток внутренней клеточной массы из раннего зародыша, бластоцисты (3). В подходящих условиях ЭСК дифференцируются в клетки разных тканей (5). Биопсия единичного бластомера из зиготы на стадии восьми клеток. «Отщипнутый» бластомер способен дать начало культуре человеческих эмбриональных стволовых клеток, а зародыш — продолжить развиваться дальше

Типы стволовых клеток

Поддержание стволовости

ЭСК человека

Стволовые Клетки во взрослом организме Мозг: нейральные СК Зубы: СК пульпы Костный мозг: Гематопоэтические СК (СК крови) Мезенхимальные СК Мышечные и жировые ткани: Мезенхимальные СК Яички: Половые ( тестикулярные) СК

Дифференцировка и поддержание популяции СК Слева — дифференцировка зависит от микроокружения. Справа — дифференцировка зависит от асимметричного деления.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) 2006 г – впервые получены В 2007 г. ученые выяснили, что клетки взрослого человека могут быть перепрограммированы обратно в «стволовое» состояние путем увеличения экспрессии четырех генов – Oct4, Sox2, c-Myc и Klf4. Однако даже в популяции клеток, где все клетки экспрессируют эти гены в большом количестве, лишь 0,1-1% клеток становятся плюрипотентными. 2009 г – доказано, что могут дать полноценный организм Т.е. ИПСК – тотипотентны!

Ниши и клетки

Концепция ниш стволовых клеток

Одно из назначений ниши в тканях взрослого организма заключается в ограничении пролиферации стволовых клеток только необходимостью поддерживать тканевой гомеостаз. Другое назначение ниши - создание условий для максимальной защищенности стволовых клеток от внешних воздействий.

Формирование тератом – признак плюрипотентности клеток ЭСК

Использование СК: надежды и опасения «Я помер, дожидаясь, пока исследователи эмбриональных стволовых клеток найдут способ лечения. А ты?» — «А я был использованным для этих исследований эмбрионом...». Картинка из газеты Indianapolis Star.

Возможности использования СК в терапии наследственных болезней А — «взрослые» СК (например, СК красного костного мозга) забирают у больного, доставляют в них терапевтический ген в культуре, а после селекции и размножения трансформированных клеток возвращают их в организм пациента. Б — в перспективе для терапии можно будет использовать и ЭСК, даже если больной не имеет запаса таких клеток. Для этого можно генетически модифицировать чужие ЭСК, чтобы они не вызывали иммунного ответа (1); подобрать ЭСК подходящего донора с теми же генами, отвечающими за совместимость тканей (2); наконец, можно получить клонированный зародыш методом пересадки ядра в яйцеклетку донора и получить из него линию ЭСК пациента. Картинка с сайта Stem Cell Information.

Результаты лечения повреждений роговицы лимбальными стволовыми клетками пациента. аллопланты

С Т В О Л О В Ы Е К Л Е Т К И И Р А К  Р А К  Р А К ЭСК могут находить опухоли и внедряться в нее, уменьшая опухоль или, наоборот, увеличивая кроветворение вокруг опухоли

Рак Отключение или обход системы checkpoints Запуск циклов бесконтрольного деления Экспрессия факторов роста (Rb) Подавление апоптоза Экспрессия ингибиторов апоптоза (Bcl2) Множественные мутации в протоонкогенах и в генах, контролирующих апоптоз (p53) Создание ниш для развития опухолей Усиленная питание опухолей (прорастание кровеносных сосудов) Появление раковых стволовых клеток Метастазирование (причем набор мутаций в метастазах различается!) Экспрессия микроРНК, подавляющей гибель

Длинная некодирующая РНК, активируемая TGF-β (lncRNA-ATB) – промотор инвазии и метастаз при гепатоцеллюлярной карциноме

В ответ на терапию клетки-распространители лейкемии строят защитные ниши

С Т В О Л О В Ы Е К Л Е Т К И И Р А К Миелодиспластические синдромы обусловлены редкими специфическими раковыми стволовыми клетками

(Витамин Е)

Метформи́н !

Гены: period (per) Clock (clk) CRY BMAL

Вещества, положительно влияющие на эпигенетику (поддерживающие ацетилирование хроматина)

Как продлить молодость? Снижение калорийности питания без снижения его качества (витамины, минералы, аминокислоты) Употребление веществ, улучшающих эпигенетику и метаболизм (ресвератрол, куркума) Умеренные аеробные нагрузки (ходьба, гимнастика, танцы) Высыпаться (и/или потреблять мелатонин) Нагружать мозг новой деятельностью (интерес к жизни, изучение языков, чтение, хобби) Доброжелательность и хорошее настроение (антистресс, социальная активность)

Клонирование и ЭКО

Клонирование (в биологии) — появление естественным путем или получение нескольких генетически идентичных организмов путем бесполого (в том числе вегетативного) размножения. Термин «клонирование» в том же смысле нередко применяют и по отношению к клеткам многоклеточных организмов. Клонированием называют также получение нескольких идентичных копий наследственных молекул (молекулярное клонирование). Наконец, клонированием также часто называют биотехнологические методы, используемые для искусственного получения клонов организмов, клеток или молекул. Группа генетически идентичных организмов или клеток — клон. Терапевти́ческое клони́рование предполагает, что в результате намеренно не получается целого организма. Его развитие останавливают заранее, а получившиеся эмбриональные стволовые клетки используют для получения нужных тканей или других биологических продуктов. Эксперименты показывают, что терапевтическое клонирование может быть с успехом применено для лечения некоторых заболеваний, считавшихся неизлечимыми

Тема: Трансплантация эмбрионов (для чего нужна) Позволяет ускоренно размножать ценных животных, используя репродуктивный Потенциал малоценных 2. Позволяет получать потомство от Животных неспособных на полную беременность (старых увечных и т.д.) 3. Позволяет облегчить обмен животными (в том числе межконтинентальный и в случаях “жесткого” законодательства. Пример: “прилитие крови” в стадо Австра- лийских оленей путем трансплантации э-нов От оленей Новозеландских 4. Один из методов применяемый во многих комплексных программах, таких как , например, сохранение генофонда 5. Научный метод

Создание криоархивов в основных генетических центрах 1972 – открыт способ криоконсервации эмбрионов мышей 1976 - 1978 – заложен первый криоархив (в Джексоновской лаборатории, Бар Харбор, США) 1978-1985 – три крупных мышиных криобанка (Jax, FESA, NIH) 2000- сообщается о 6 крупных мышиных криобанках (Mammalian Genome, 2000) В 2005 – создана мировая федерация мышиных ресурсов (FIMRe), куда вошло 17 центров ( Mammalian Genome, 2006)

Медленное замораживание эмбрионов человека Программа замораживания эмбрионов Криопротектор Стартовая температура 20 0С Раствор F1 инкубация 5 мин. помещение соломинок в жидкий азот Раствор F2 инкубация 10 мин. 20С/мин  -6,5 0С 0,3 0С/мин  - 35 0С инициация кристаллизации ( сидинг) 50 0С/мин  - 1960С Раствор F2 инкубация 5 мин.

Успешное развитие in vivo- самый надежный критерий Рождение хорчат после криоконсервации и трансплантации эмбрионов (Финляндия, 2001 год)

Gene resource bank – в действии Пример из Италии: Рождение ягнят исчезающего вида (муфлона) после криоконсервации эмбрионов и трансплантации близкородственному виду- домашней овце (по Ptak et al., 2002)

Достоинства и проблемы ЭКО 1. Возможность иметь собственного ребенка при -непроходимости фаллопиевых труб -отсутствии ооцитов («донорство ооцитов») Отсутствии матки (программа “суррогатные матери») 2. Возможность избежать рождения Даунов и других серьезных ген. аномалий Недостатки Низкая эффективность Дороговизна Физиологические проблемы- Побочные эффекты

Первенцы... В 1978 г в Великобритании родилась первый ребенок «из пробирки» - девочка Луиза Браун В 1986 году родился первый ребенок ЭКО в России – девочка Елена Донцова В 1991 г. Родился первый ЭКО ребенок на Украине – девочка Катя